Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ đi qua từng phần một cách chi tiết.
a. Xác định giao tuyến của (CAN) và (CDM):
Để xác định giao tuyến của hai mặt phẳng (CAN) và (CDM), ta cần tìm một đường thẳng chung nằm trong cả hai mặt phẳng này.
- Mặt phẳng (CAN) chứa các điểm C, A, N.
- Mặt phẳng (CDM) chứa các điểm C, D, M.
Ta thấy rằng điểm C là điểm chung của cả hai mặt phẳng. Do đó, giao tuyến của hai mặt phẳng này sẽ là đường thẳng đi qua điểm C và nằm trong cả hai mặt phẳng.
Xét đường thẳng CN:
- CN nằm trong mặt phẳng (CAN) vì N thuộc (CAN).
- CN cũng nằm trong mặt phẳng (CDM) vì C thuộc (CDM).
Vậy, giao tuyến của (CAN) và (CDM) là đường thẳng CN.
b. Chứng minh MN // (ACD):
Để chứng minh MN // (ACD), ta cần chứng minh rằng MN song song với một đường thẳng nào đó nằm trong mặt phẳng (ACD).
- M là trung điểm của AB, N là trung điểm của BD. Do đó, MN là đường trung bình của tam giác ABD.
- Theo tính chất đường trung bình, MN // AD và MN = $\frac{1}{2}$ AD.
Xét mặt phẳng (ACD):
- AD là một cạnh của tam giác ACD, do đó AD nằm trong mặt phẳng (ACD).
Vì MN // AD và AD nằm trong (ACD), nên MN // (ACD).
c. Chứng minh 3 điểm B, C, I thẳng hàng:
Để chứng minh B, C, I thẳng hàng, ta cần chứng minh rằng điểm I nằm trên đường thẳng BC.
- Gọi G, H lần lượt là các điểm trên AC và CD sao cho NH cắt MG tại I.
- Ta đã biết M là trung điểm của AB và N là trung điểm của BD.
Xét tam giác ABD với M, N là trung điểm của AB và BD:
- MN là đường trung bình của tam giác ABD, do đó MN // AD.
Xét tam giác ACD với G, H là các điểm trên AC và CD:
- NH cắt MG tại I, theo định lý Menelaus cho tam giác ACD với đường thẳng NH cắt AC, CD, và MG, ta có:
\[
\frac{AN}{ND} \cdot \frac{DH}{HC} \cdot \frac{CG}{GA} = 1
\]
Vì N là trung điểm của BD, ta có $\frac{AN}{ND} = 1$. Do đó, $\frac{DH}{HC} \cdot \frac{CG}{GA} = 1$.
Điều này cho thấy rằng I là điểm chia tỷ lệ trên đường thẳng BC, do đó B, C, I thẳng hàng.
Vậy, ta đã chứng minh được 3 điểm B, C, I thẳng hàng.